自密实高强混凝土及其框架结构抗震性能研究
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摘要
在已研制出自密实高强混凝土配合比（利用福建省地方材料）的基础上，为适应工程建设需要，本文进行以下几方面研究：
1．自密实高强混凝土细观结构研究。通过四组强度等级相当，分别为普通混凝土、两组不掺膨胀剂的自密实混凝土（其粉煤灰的掺量不同）和掺有膨胀剂的自密实混凝土，在同一养护龄期的条件下（1天、3天、7天、28天和60天），分别选择粗骨料过渡区、细骨料过渡区、水泥石和砂坑作为观测点，采用SEM进行细观扫描对比实验，以研究自密实混凝土因免振捣的特性及掺合料对其骨料界面和水泥石结构的影响。通过对自密实混凝土细观结构的研究为其力学性能和耐久性的研究提供实验依据。实验研究表明:自密实混凝土由于粉煤灰的掺量较高，其早期的水化程度较低，但后期其细观结构较普通混凝土好；自密实混凝土的骨料界面过渡区与水泥石的差别始终较普通混凝土小，其孔隙较普通混凝土小而均匀；膨胀剂对自密实混凝土早期的细观结构影响不大，但对后期的细观结构有一定影响；粉煤灰掺量对自密实混凝土的早期水化程度有一定影响，且其对自密实混凝土水化物的形态影响较大。
2．自密实高强混凝土框架结构抗震性能研究。按1：2的比例设计并制作两榀尺寸、配筋相同的框架（分别为强度相当的自密实高强混凝土和普通高强混凝土），采用美国MTS电液伺服加载系统进行框架结构的拟静力试验，分析比较两者的抗震性能，研究自密实混凝土因免振捣的施工特点及其材料特性对结构抗震性能的影响，从而为其在现代结构中的应用提供科学依据和方法，确保工程安全。实验结果表明：自密实混凝土框架正向屈服荷载、极限荷载和破坏荷载均较普通混凝土的大而其相应的位移却相当；两榀框架的破坏形式都是弯曲破坏，且两者荷载-位移的滞回曲线与骨架曲线非常相似；自密实混凝土框架的延性系数略高于普通混凝土框架，两者的耗能能力基本相当。
3.自密实高强混凝土在工程中的应用。通过强度等级为C55的自密实混凝土在厦门南湖明珠加固工程中的成功应用，为自密实混凝土的推广应用提供实践经验。
Some respects of self-compacting high-strength concrete (SCHSC) made of Fujian province's local material have been studied in this thesis as follows:
1. Studies on microstructure of the SCHSC. Three different mixed SCHSC and one normal high-strength concrete(NHSC) were observed by the Scanning Electron Microscope at different sites and different ages of 1 day, 3 days, 7 days, 28 days and 60 days. From the test, the effects due to no vibrating and admixture on the microstructure of SCHSC were studied. The study offers the test evidence to the study of the mechanical properties and the durability of SCHSC. Analyzing the Scanning Electron Microscope image we can obtain results as follows. First, because mixing content of in SCHSC is very high, the degree of hydration is lower than NHSC at early ages. Second, the characteristics microstructure of SCHSC is better than that of NHSC at late ages. Third, the distinction of the microstructure between aggregate interfaces and cement-stone of SCHSC is less than that of NHSC at the same age. The pore of SCHSC is smaller and more homogeneous than that of NHSC. Fourth, the contribution to concrete microstructure of the expanding agent is very little at early ages; however it is obvious at late ages to a certain extent. Fifth, for the contribution of the mixing content of fly ash is that the contribution to the degree of early age concrete hydration is obvious to some extent, and that the contribution to the shape of hydrate of concrete is obvious.
Studies on the earthquake resistance behavior of SCHSC frame. In the test, two frames with the same size which is one-half of the reality frame's size and the same reinforcement were designed and made firstly. One frame is made of SCHSC named SF; the other is made of NHSC named NF. Secondly, the MTS loading system was used to put the two frames under low-cyclic loading. Testing the effect of self-compacting concrete's self-compacting construction characteristic and material properties to self-compacting concrete frame's earthquake resistance behavior. And the safety of using self-compacting concrete in earthquake zone was guaranteed. From the test some conclusion could be drawn as follows. Firstly, under the push loading, yield load and exteme load and failure load of SF is higher than that of NF, but the relative
2. displacements of two frames is approximately equal. Secondly, the cause of two frames' failure is flexural deformations. Thirdly, the curve of the relations between frame load and frame displacement and the relations between frame load and frame displacement envelopes of SF is similar to that of NF. Finally, the coefficient of ductility of SF is higher than NF's, and the capacity of consuming energy of SF is similar to NF's.
3. The field application of SCHSC. Self-compacting concrete of C55 grade was successfully applied to consolidate column of XiaMen south-lake bright pearl engineering, which could provide experience for the applying self-compacting concrete in engineering.
1．自密实高强混凝土细观结构研究。通过四组强度等级相当，分别为普通混凝土、两组不掺膨胀剂的自密实混凝土（其粉煤灰的掺量不同）和掺有膨胀剂的自密实混凝土，在同一养护龄期的条件下（1天、3天、7天、28天和60天），分别选择粗骨料过渡区、细骨料过渡区、水泥石和砂坑作为观测点，采用SEM进行细观扫描对比实验，以研究自密实混凝土因免振捣的特性及掺合料对其骨料界面和水泥石结构的影响。通过对自密实混凝土细观结构的研究为其力学性能和耐久性的研究提供实验依据。实验研究表明:自密实混凝土由于粉煤灰的掺量较高，其早期的水化程度较低，但后期其细观结构较普通混凝土好；自密实混凝土的骨料界面过渡区与水泥石的差别始终较普通混凝土小，其孔隙较普通混凝土小而均匀；膨胀剂对自密实混凝土早期的细观结构影响不大，但对后期的细观结构有一定影响；粉煤灰掺量对自密实混凝土的早期水化程度有一定影响，且其对自密实混凝土水化物的形态影响较大。
2．自密实高强混凝土框架结构抗震性能研究。按1：2的比例设计并制作两榀尺寸、配筋相同的框架（分别为强度相当的自密实高强混凝土和普通高强混凝土），采用美国MTS电液伺服加载系统进行框架结构的拟静力试验，分析比较两者的抗震性能，研究自密实混凝土因免振捣的施工特点及其材料特性对结构抗震性能的影响，从而为其在现代结构中的应用提供科学依据和方法，确保工程安全。实验结果表明：自密实混凝土框架正向屈服荷载、极限荷载和破坏荷载均较普通混凝土的大而其相应的位移却相当；两榀框架的破坏形式都是弯曲破坏，且两者荷载-位移的滞回曲线与骨架曲线非常相似；自密实混凝土框架的延性系数略高于普通混凝土框架，两者的耗能能力基本相当。
3.自密实高强混凝土在工程中的应用。通过强度等级为C55的自密实混凝土在厦门南湖明珠加固工程中的成功应用，为自密实混凝土的推广应用提供实践经验。
Some respects of self-compacting high-strength concrete (SCHSC) made of Fujian province's local material have been studied in this thesis as follows:
1. Studies on microstructure of the SCHSC. Three different mixed SCHSC and one normal high-strength concrete(NHSC) were observed by the Scanning Electron Microscope at different sites and different ages of 1 day, 3 days, 7 days, 28 days and 60 days. From the test, the effects due to no vibrating and admixture on the microstructure of SCHSC were studied. The study offers the test evidence to the study of the mechanical properties and the durability of SCHSC. Analyzing the Scanning Electron Microscope image we can obtain results as follows. First, because mixing content of in SCHSC is very high, the degree of hydration is lower than NHSC at early ages. Second, the characteristics microstructure of SCHSC is better than that of NHSC at late ages. Third, the distinction of the microstructure between aggregate interfaces and cement-stone of SCHSC is less than that of NHSC at the same age. The pore of SCHSC is smaller and more homogeneous than that of NHSC. Fourth, the contribution to concrete microstructure of the expanding agent is very little at early ages; however it is obvious at late ages to a certain extent. Fifth, for the contribution of the mixing content of fly ash is that the contribution to the degree of early age concrete hydration is obvious to some extent, and that the contribution to the shape of hydrate of concrete is obvious.
Studies on the earthquake resistance behavior of SCHSC frame. In the test, two frames with the same size which is one-half of the reality frame's size and the same reinforcement were designed and made firstly. One frame is made of SCHSC named SF; the other is made of NHSC named NF. Secondly, the MTS loading system was used to put the two frames under low-cyclic loading. Testing the effect of self-compacting concrete's self-compacting construction characteristic and material properties to self-compacting concrete frame's earthquake resistance behavior. And the safety of using self-compacting concrete in earthquake zone was guaranteed. From the test some conclusion could be drawn as follows. Firstly, under the push loading, yield load and exteme load and failure load of SF is higher than that of NF, but the relative
2. displacements of two frames is approximately equal. Secondly, the cause of two frames' failure is flexural deformations. Thirdly, the curve of the relations between frame load and frame displacement and the relations between frame load and frame displacement envelopes of SF is similar to that of NF. Finally, the coefficient of ductility of SF is higher than NF's, and the capacity of consuming energy of SF is similar to NF's.
3. The field application of SCHSC. Self-compacting concrete of C55 grade was successfully applied to consolidate column of XiaMen south-lake bright pearl engineering, which could provide experience for the applying self-compacting concrete in engineering.
引文
[1].吴中伟，廉慧珍著. 高性能混凝土. 中国铁道出版社，1999
[2].中国土木工程学会高强混凝土委员会. 高强混凝土结构设计与施工指南. 中国建筑工业出版社，2001.3第二版
[3].友泽史纪. 高流动コンクリ－トなのか. 建筑技术特集：高流动 コンクリト－トの実际，1996.4
[4].Professor Joost C. Walraven (Delft University of Technology, The Netherlands)，SCC as Standard Concrete rather than Special Concrete
[5].廉慧珍，张青，张耀凯. 国内外自密实高性能混凝土研究及应用现状. 施工技术，1995.5
[6].陈世朴，王永瑞. 金属电子显微分析. 机械为业出版社，1992
[7].袁润章. 胶凝材料学. 武汉工业大学出版社，1989
[8].郑建岚. 现代混凝土结构技术. 人民交通出版社，1999
[9].习志瑧，俞海勇，管小军. 粉煤灰水泥浆体的微观分析. 山西建材，1997.4
[10].赵铁军，杨卫东. 粉煤灰与高强、高性能混凝土
[11].宋少民，刘娟红，岳文海. 改性粉煤灰高强泵送混凝土的试验研究. 混凝土与制品， 1997.5
[12].周士琼，尹建，谢友均，刘玉举，陈瑜，袁庆莲. 粉煤灰混凝土的性能. 山东建材学院学报，1998.6
[13].熊大玉，王小虹.混凝土外加剂.化学工业出版社，2002
[14].廉慧珍，童良，陈恩义著. 建筑材料物相研究基础. 清华大学出版社，1996
[15].王培铭. 扫描电镜研究水泥浆体原始断面应注意的问题. 建筑材料学报，1998
[16].龚尚龙，David Darwin. 水泥胶微观结构量测方法的研究. 重庆交通学院学报，1994.6
[17].蔡跃波，蒋林华，林宝玉. 高掺量粉煤灰水泥浆体和混凝土的孔结构研究. 水泥基复合材料科学与技术
[18].朱永斌，孙兆雄，葛毅雄. “双掺”普通水泥混凝土抗硫酸盐、镁盐侵蚀破坏微观结构的研究. 新疆农业大学学报，1999，22（2）
[19].张光玉，杨德文，王光洲. 粉煤灰及其高强度混凝土的微观机理. 材料工程，1992.5
[20].巴恒静，杨英姿，赵霄龙. 掺合料复合化对高强混凝土强度及显微结构的影响. 混凝土，2000.9
[21].巴恒静，邓洪卫，高小建. 高性能混凝土微裂缝与显微结构的研究
[22].李庚英，谢慧才，熊光晶. 混凝土修补界面的微观结构及宏观力学性能的关系
[23].李方元，史天生，王东权. 爆压成型混凝土的力学性能及微观结构. 混凝土与水泥制品，2000.4
[24].安明喆. 高性能混凝土的自收缩研究：[博士学位论文]. 清华大学
[25].冯乃谦. 粉煤灰高性能混凝土及其微结构. 混凝土，1996.6
[26].习志臻，俞海勇，管小军. 粉煤灰水泥浆体的微观分析. 江西建材，1997.4
[27].王国杰. 高强度自密实混凝土及其与钢筋粘结锚固性能的试验研究：[硕士学位论文]. 福州大学土木建筑工程学院，2002.1
[28].黄鹏飞. 自密实高性能混凝土框架抗震性能研究：[硕士学位论文]. 福州大学土木建筑工程学院，2001.1
[29].姚振纲，刘祖华著. 建筑结构试验. 同济大学出版社，1996.9
[30].邱法维，钱稼茹，陈志鹏著. 结构抗震实验方法. 科学出版社 2000.1
[31].唐九如. 钢筋混凝土框架节点抗震. 东南大学出版社，1989.10
[32].中华人民共和国国家标准：建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）. 中国建筑工业出版社，2001
[33].吕西林，郭子雄，王亚勇. RC框架组合件抗震性能试验研究. 建筑结构学报， 2001.2
[34].郭忠贤，刘志鸿，车晓. 低周反复水平荷载作用下柱配有方形螺旋箍筋的钢筋混凝土单元框架抗震性能试验研究. 建筑结构学报，2001.2
[35].孙克俭. 钢筋混凝土抗震结构的延性及延性设计.内蒙古人民出版社，1991
[36].王传志，滕智明. 钢筋混凝土结构理论. 中国建筑工业出版社，1989
[37].叶列平，丁大均. 高强混凝土框架柱抗震性能的试验研究. 建筑结构学报，1992.8
[38].陈肇元，朱金铨. 高强混凝土及其应用.清华大学出版社，1996.10
[39].过镇海. 钢筋混凝土原理. 清华大学出版社,1999.3
[40].李立仁，支运芳，顾明，牛绍仁，曲成平. 低周反复荷载作用下高强混凝土柱受力性能的试验研究. 重庆建筑大学学报，1996.12
[41].刘伟庆，魏琏，丁大均，李松柏. 塑性耗能支撑钢筋混凝土框架的低周反复荷载试验研究. 南京建筑工程学院学报，1996.3
[42].朱伯龙. 结构抗试验. 同济大学出版社，1989
[43].沈聚敏，翁义军，冯世平. 周期反复荷载下钢筋混凝土压弯构件的性能. 清华大学抗震抗爆工程研究室科学研究报告集的第三集：钢筋混凝土结构的抗震性能. 清华大学出版社，1981
[44].中华人民共和国国家标准：建筑用卵石、碎石（GB/T 14685-2001）. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布，2001-07-13发布，2002-02-01实施
[45].中华人民共和国国家标准：建筑用砂（GB/T 14684-2001）. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布，2001-07-13发布，2002-02-01实施
.朱伯龙，张琨联. 矩形及环形截面压弯构件恢复力特性的研究. 同济大学学报， 1981.2
[2].中国土木工程学会高强混凝土委员会. 高强混凝土结构设计与施工指南. 中国建筑工业出版社，2001.3第二版
[3].友泽史纪. 高流动コンクリ－トなのか. 建筑技术特集：高流动 コンクリト－トの実际，1996.4
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[34].郭忠贤，刘志鸿，车晓. 低周反复水平荷载作用下柱配有方形螺旋箍筋的钢筋混凝土单元框架抗震性能试验研究. 建筑结构学报，2001.2
[35].孙克俭. 钢筋混凝土抗震结构的延性及延性设计.内蒙古人民出版社，1991
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[37].叶列平，丁大均. 高强混凝土框架柱抗震性能的试验研究. 建筑结构学报，1992.8
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[42].朱伯龙. 结构抗试验. 同济大学出版社，1989
[43].沈聚敏，翁义军，冯世平. 周期反复荷载下钢筋混凝土压弯构件的性能. 清华大学抗震抗爆工程研究室科学研究报告集的第三集：钢筋混凝土结构的抗震性能. 清华大学出版社，1981
[44].中华人民共和国国家标准：建筑用卵石、碎石（GB/T 14685-2001）. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布，2001-07-13发布，2002-02-01实施
[45].中华人民共和国国家标准：建筑用砂（GB/T 14684-2001）. 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布，2001-07-13发布，2002-02-01实施
.朱伯龙，张琨联. 矩形及环形截面压弯构件恢复力特性的研究. 同济大学学报， 1981.2